講義要項一覧

最終更新日 2017年5月16日

物理学１ (力学)

概要： 物理学全体の基礎である力学を集中的に学習する。 物理学のなかでも力学は最も古くから体系化され， 物理学全体の発展の基礎となった分野である。力学で導入される力，運動量， エネルギー等の概念は自然科学全体をつらぬく基本概念であり， これらの概念は自然科学のさまざまな分野に普遍的に現れる。 力学を通して，自然現象を数理的に取り扱うことを学ぶ。

教科書：力学の基礎 力学教科書編集委員会 学術図書出版社

成績評価：100点満点中60点以上を合格とする。(レポート：30％，試験：70％)

注意： 大学で学ぶ力学も高校までに習った力学と本質的には同じである。 しかしながら，その学習方法はかなり異なり，講義には微分・積分， ベクトルの微分，等の数式が入ってくる。理解度と計算力の向上のためには， すべての計算を自分の手で確かめることが重要である。

1 まえおき 物理学および力学の紹介，学習上の注意，基礎学力テストなど。
2 初等関数と微積分 指数関数，三角関数等の性質、それらの微分・積分公式 および微分と積分との関係について説明する。教科書の該当部分を事前に読み、 講義後は練習問題に取り組むこと。
レベル：初等関数の微積分の計算ができる。
3 ベクトル ベクトルの定義，加法，減法，基底ベクトル，ベクトルの内積、外積， 微分について説明する。教科書の該当部分を事前に読み、 講義後は練習問題に取り組むこと。
レベル：直交成分を用いて表すベクトルの計算ができる。
4 位置、速度、加速度 座標，速度，加速度の関係を微分・積分を用いて説明する。 教科書の該当部分を事前に読み、講義後は練習問題に取り組むこと。
レベル：上記物理量のどれかが与えられたとき， 他の物理量を求めることができる。
5 運動の例 いくつかの典型的な運動の性質について説明する。 教科書の該当部分を事前に読み、講義後は練習問題に取り組むこと。
レベル：等速度、等加速度、円運動の性質を理解することができる。 また、それらの軌道を求めることができる。
6 次元、力 単位と次元について説明する。また、さまざまな力（弾性力、重力，浮力， 抵抗力等）および運動方程式を説明する。教科書の該当部分を事前に読み、 講義後は練習問題に取り組むこと。
レベル：次元、力および運動方程式の物理的概念を理解する。
7 運動方程式 運動方程式の解法について説明する。教科書の該当部分を事前に読み、 講義後は練習問題に取り組むこと。
レベル：運動方程式の解き方および積分定数の役割を理解する。
8 落体の運動(1) 空気抵抗を無視する場合の放物体の運動を説明する。 教科書の該当部分を事前に読み、講義後は練習問題に取り組むこと。
レベル：放物体の運動を理解し、軌道を求めることができる。
9 落体の運動（2） 速度に比例する空気抵抗が働く場合の放物体の運動を説明する。 教科書の該当部分を事前に読み、講義後は練習問題に取り組むこと。
レベル：変数分離形の微分方程式の解法および終端速度を理解する。
10 単振動(1) 1次元の単振動を説明する。教科書の該当部分を事前に読み、 講義後は練習問題に取り組むこと。
レベル：単振動の運動方程式である2階の微分方程式の解法 および単振動の振幅，角振動数，周期などを理解する。
11 単振動（2） 単振動の運動方程式の別解法を説明する。教科書の該当部分を事前に読み、 講義後は練習問題に取り組むこと。
レベル：オイラーの公式および2階の線形微分方程式の解法を理解する。
12 減衰振動 速度に比例する抵抗力が働く場合の減衰振動を説明する。 教科書の該当部分を事前に読み、講義後は練習問題に取り組むこと。
レベル：減衰振動，過減衰，臨界減衰を理解する。
13 強制振動 減衰振動に周期的な外力が働く場合の運動を説明する。 教科書の該当部分を事前に読み、講義後は練習問題に取り組むこと。
レベル：強制振動の解法、共振現象を理解する。
14 その他の振動 一次元の単振動以外の周期的な運動および関連する事柄を説明する。 教科書の該当部分を事前に読み、講義後は練習問題に取り組むこと。
レベル：振動の一般的な性質および極座標などを理解する。
15 まとめ 14回の講義で学んだことを復習する。講義後は練習問題に取り組むこと。

物理学２ (力学)

概要：物理学１に引き続き，力学の後半を学習する。

教科書：力学の基礎 力学教科書編集委員会 学術図書出版社

成績評価：100点満点中60点以上を合格とする。(レポート：30％，試験：70％)

注意：理解度と計算力の向上のためには，すべての計算を自分の手で確かめること。

1 保存則（1） 運動方程式を積分することによりエネルギーが導出されることを説明する。 教科書の該当部分を事前に読み、講義後は練習問題に取り組むこと。
レベル：簡単な積分路に沿う仕事量の計算ができる。
2 保存則（2） 力が保存力の場合には，力学的エネルギーが保存されることを説明する。 教科書の該当部分を事前に読み、講義後は練習問題に取り組むこと。
レベル：保存力，運動エネルギー，ポテンシャルの概念を理解する。
3 保存則（3） 力が保存力であるかどうかの判定法を説明する。教科書の該当部分を事前に読み、 講義後は練習問題に取り組むこと。
レベル：重力，ばねの力等のポテンシャルを求めることができる。
4 保存則（4） 外力が作用しない質点系の全運動量は保存されることを説明する。 教科書の該当部分を事前に読み、講義後は練習問題に取り組むこと。
レベル：質点系の運動の場合，運動量が保存されることを理解する。
5 保存則（5） 角運動量の変化が力のモーメントに等しいこと， および角運動量保存則について説明する。教科書の該当部分を事前に読み、 講義後は練習問題に取り組むこと。
レベル：角運動量保存則について理解する。
6 剛体の静力学（1） 剛体に働く力の合成について説明する。教科書の該当部分を事前に読み、 講義後は練習問題に取り組むこと。
レベル：力の合成と運動方程式の関係について理解する。
7 剛体の静力学（2） 剛体の並進運動、回転運動の運動方程式を説明する。 教科書の該当部分を事前に読み、講義後は練習問題に取り組むこと。
レベル：剛体の運動は並進運動と回転運動に分離して 記述できることを理解する。
8 剛体の静力学（3） 剛体の重心は，重力の合力の作用点であることを説明する。 教科書の該当部分を事前に読み、講義後は練習問題に取り組むこと。
レベル：一様な棒，円板，半球等の物体の重心を求めることができる。
9 剛体の静力学（4） 平面力系のつりあいの式について説明する。教科書の該当部分を事前に読み、 講義後は練習問題に取り組むこと。
レベル：簡単なつりあい問題の解法を理解する。
10 剛体の静力学（5） つりあいの式から作用点が求められることを説明する。 教科書の該当部分を事前に読み、講義後は練習問題に取り組むこと。
レベル：合力の作用点は力のモーメントが０になる点であることを理解する。
11 剛体の運動（1） 慣性モーメントについて説明する。教科書の該当部分を事前に読み、 講義後は練習問題に取り組むこと。
レベル：一様な棒，円板，球の慣性モーメントを求めることができる。
12 剛体の運動（2） 固定軸のまわりの回転運動を説明する。教科書の該当部分を事前に読み、 講義後は練習問題に取り組むこと。
レベル：回転の運動方程式の物理的意味を理解する。
13 剛体の運動（3） 平面運動の運動方程式について説明する。教科書の該当部分を事前に読み、 講義後は練習問題に取り組むこと。
レベル：重心の運動と，重心のまわりの回転運動の関係について理解する。
14 剛体の運動（4） 平行軸の定理，直交軸の定理、および剛体振り子等について説明する。 教科書の該当部分を事前に読み、講義後は練習問題に取り組むこと。
レベル：慣性モーメント等に関する問題の解法を理解する。
15 まとめ 14回の講義で学んだことを復習する。

物理学実験１

概要：各班ごとに提示された実験テーマについて， 実験指導書を参考にしながら実験を遂行していく。1日に1テーマの実験を行う。

教科書：物理学実験指導書 理工学部物理学教室編 学術図書出版社

成績評価：レポート内容：80点満点，テスト：20点満点とする。 100点満点中60点以上を合格とする。

注意：実験の授業は出席するだけでは身につかない。 各班の構成員全員がまじめに実験に取り組み，内容を理解することが必要。

1 ガイダンス 実験の班分けを行い，実験レポートの作成方法，実験に望む心構え、 諸注意を述べる。また，測定器具および測定論についての講義を行う。 事前に指導書の該当部分を予習し、講義後は復習しておくこと。
レベル：実験レポートの作成方法，誤差の概念がわかる。
2 金属の電気抵抗 銅線の電気抵抗の温度による変化をホイートストーンブリッジを用いて測定し， 銅の自由電子密度を求める。事前に実験テーマの理論について予習し、 実験後は結果をまとめること。
レベル：原子と熱、自由電子の基本的な考え方を理解することができる。
3 荷電粒子の運動 希薄なヘリウムの入ったガラス球に電子を入射すると原子が発光することを利用して、 一様な磁場中で電子が行う運動から電子の比電荷を求める。 事前に実験テーマの理論について予習し、実験後は結果をまとめること。
レベル：荷電粒子と電磁場および原子との相互作用を理解することができる。
4 仕事当量 水の熱量測定を行い，熱量の単位 [cal] と仕事の単位 [J] との間の関係を調べる。 事前に実験テーマの理論について予習し、実験後は結果をまとめること。
レベル：熱の性質および仕事当量の意味を理解することができる。
5 光の屈折・回折・干渉 He-Neレーザーを使い，プラスチックの屈折率を求める。また， 光の回折についての実験を行い，回折格子の格子定数を求める。 事前に実験テーマの理論について予習し、実験後は結果をまとめること。
レベル：屈折、回折、干渉など、波動現象の基本をを理解することができる
6 コンピュータシミュレーション1 ばねの振動実験をPCを使って行い，振動現象を理解する。また減衰振動， 共鳴等に対する考え方を学ぶ。事前に実験テーマの理論について予習し、 実験後は結果をまとめること。
レベル：振動現象の基本を理解することができる。
7 レポート作成の指導 実験結果をまとめたレポートを作成する。理工学分野で必要な 実験レポートの作成に関する共通概念を習得することができる。
8 まとめ 実験全体を通して学んだことを復習する。

物理学実験２

概要：各班ごとに提示された実験テーマを，実験指導書を参考にしながら， 実験を遂行していく。

教科書：物理学実験指導書 理工学部物理学教室編 学術図書出版社

成績評価：レポート内容：80点満点，テスト：20点満点とする。 100点満点中60点以上を合格とする。

注意：実験の授業は出席するだけでは身につかない。 各班の構成員全員がまじめに実験に取り組み，内容を理解することが必要。

1 ガイダンス 実験上の諸注意，測定器具等の説明を行い，実験の班分けを行う。 物理学実験1のレポート作成状況を考慮し， レポート作成における注意点を述べる。ただし， 初回から実験を行う場合もある。その場合は，担当教員から指示がある。
2 気圧による高度差測定 シリンダー内の水圧を圧力センサーにより測定し， 深さと水圧の関係から水の密度を求める。また，学内数ヶ所の気圧を測定し， 実験室の気圧との差から高度差を求める。 事前に実験テーマの理論について予習し、実験後は結果をまとめること。
レベル：圧力と深さの関係を理解することができる。
3 ヤング率 物質の曲げに対する物理量を求め，ヤング率の基本を理解し， ノギス等の使用方法を習得する。事前に実験テーマの理論について予習し、 実験後は結果をまとめること。
レベル：復元力の考え方を理解することができる。
4 熱起電力 銅・コンスタンタン熱電対の温度較正曲線をすずの融点と水の沸点を用いて求める。 事前に実験テーマの理論について予習し、実験後は結果をまとめること。
レベル：物質の熱電能に対する基本的な事柄を理解することができる。
5 分光計 ナトリウム放電管からの単色光を用いて，三角プリズムの屈折率を求める。 事前に実験テーマの理論について予習し、実験後は結果をまとめること。
レベル：分光実験に対する基礎を理解することができる。
6 コンピュータシミュレーション2 波形の合成によるリサジュー図形の描画および掃引による波形表示の実験を PCを用いて行う。事前に実験テーマの理論について予習し、 実験後は結果をまとめること。
レベル：時間軸を消去した図形の描き方を理解することができる。
7 レポート作成の指導 実験結果をまとめたレポートを作成する。 初回から実験実習を行った場合はレポート指導に充て，完成度を高める。 理工学分野で必要な実験レポートの作成に関する共通概念を 習得することができる。
8 まとめ 実験全体を通して学んだことを復習する。

物理学演習 [全学科共通]

概要：毎時間演習問題を解く。特に計算力の向上を目指す。

成績評価：100点満点中60点以上を合格とする。(レポート：30％，試験：70％)

教科書：新物理学演習問題集 理工学部物理学教室編 学術図書出版社

1 運動学（1） 微分、積分、かんたんな微分方程式。問題集の該当部分の問題を事前に解いておき、 講義後は解説された問題を復習すること。
2 運動学（2） ベクトル計算。問題集の該当部分の問題を事前に解いておき、 講義後は解説された問題を復習すること。
レベル：1〜2回で物理で必要となる微積分やベクトルの計算ができる。
3 運動法則 運動方程式の作り方。問題集の該当部分の問題を事前に解いておき、 講義後は解説された問題を復習すること。
レベル：運動方程式を立てることができる。
4 種々の運動（1） 等加速度運動。問題集の該当部分の問題を事前に解いておき、 講義後は解説された問題を復習すること。
5 種々の運動（2） 振動（1）。問題集の該当部分の問題を事前に解いておき、 講義後は解説された問題を復習すること。
6 種々の運動（3） 振動（2)。問題集の該当部分の問題を事前に解いておき、 講義後は解説された問題を復習すること。
7 種々の運動（4） 質点の回転運動（惑星の運動等）。問題集の該当部分の問題を事前に解いておき、 講義後は解説された問題を復習すること。
レベル：4〜7回で運動方程式を解いて、質点の運動を記述することができる。
8 積分定理（1） 仕事、ポテンシャルの計算とその応用。問題集の該当部分の問題を事前に解いておき、 講義後は解説された問題を復習すること。
9 積分定理（2） 運動量、角運動量。問題集の該当部分の問題を事前に解いておき、 講義後は解説された問題を復習すること。
レベル：8〜9回で種々の保存量を用いた解析ができる。
10 剛体のつり合い（1） 力の合成。問題集の該当部分の問題を事前に解いておき、 講義後は解説された問題を復習すること。
11 剛体のつり合い（2） 剛体のつり合い。問題集の該当部分の問題を事前に解いておき、 講義後は解説された問題を復習すること。
レベル：10〜11回で剛体に働く力の性質が理解できる。
12 重心 種々の物体の重心の計算。問題集の該当部分の問題を事前に解いておき、 講義後は解説された問題を復習すること。
レベル：物体の重心を求めることができる。
13 固定軸のまわりの回転 回転の運動方程式とその解。問題集の該当部分の問題を事前に解いておき、 講義後は解説された問題を復習すること。
レベル：回転の運動方程式を解くことができる。
14 慣性モーメント 種々の物体の慣性モーメントの計算。問題集の該当部分の問題を事前に解いておき、 講義後は解説された問題を復習すること。
レベル：物体の慣性モーメントを求めることができる。
15 まとめ 14回の講義で学んだことを復習する。

物理学基礎演習１

概要：大学で学ぶ「物理学1・2」の授業は高校での物理学履修を前提として進められる。 高校で物理を履修しなかった学生や専門高校出身者にとっては， 「物理学1・2」の講義はかなり難解であり，不安を感じる学生も少なくない。 本講義はこれらの学生や物理を不得意とする学生を対象とした補習授業である。

成績評価：レポートを100点満点で評価し、60点以上を合格とする。

注意：教科書・参考書は第1回目の授業で紹介する。 補習授業ではあるが，高校の物理とは若干異なり， 講義には微分・積分が入ってくる。授業内容を繰り返し考え， すべての計算を自分の手で解いてみる努力が必要である。

1 まえおき 物理学の紹介，学習上の注意を行う。また、高校数学 （対数関数，三角関数，微分・積分等）についても簡単な説明を行う。
2 微分，積分 指数関数，三角関数等の微分・積分公式 および微分と積分との関係について説明する。
3 質点の運動学（1） 速度，加速度の物理量を微分を用いて説明する。
4 質点の運動学（2） 座標，速度，加速度の関係を微分・積分を用いて説明する。
5 質点の運動学（3） ベクトルの定義，加法，減法，単位ベクトル，基礎ベクトル， 内積について説明する。
6 質点の運動学（4） ベクトルの外積，ベクトルの微分，速度ベクトル， 加速度ベクトルを説明する。
7 質点の運動学（5） 位置空間，速度空間を説明する。
8 運動の法則（1） さまざまな力（重力，張力，浮力，抵抗力等） および運動の第1法則を説明する。
9 運動の法則（2） 運動方程式について説明する。
10 運動の例（1） 空気抵抗を無視する場合の放物体の運動を説明する。
11 運動の例（2） 速度に比例する空気抵抗が働く場合の放物体の運動を説明する。
12 運動の例（3） 1次元の単振動を説明する。
13 運動の例（4） 単振動の運動方程式の別解法を説明する。
14 運動の例（5） 演習問題を解く。
15 まとめ 14回の講義で学んだことを復習する。

物理学基礎演習２

概要：大学で学ぶ「物理学1・2」の授業は高校での物理学履修を前提として進められる。 高校で物理を履修しなかった学生や専門高校出身者にとっては， 「物理学1・2」の講義はかなり難解であり，不安を感じる学生も少なくない。 本講義はこれらの学生や物理を不得意とする学生を対象とした補習授業である。

成績評価：レポートを100点満点で評価し、60点以上を合格とする。

注意：教科書・参考書は第1回目の授業で紹介する。 補習授業ではあるが，高校の物理とは若干異なり， 講義には微分・積分が入ってくる。授業内容を繰り返し考え， すべての計算を自分の手で解いてみる努力が必要である。

1 保存則（1） 運動方程式を積分することによりエネルギーが導出されることを説明する。
2 保存則（2） 力が保存力の場合には，力学的エネルギーが保存されることを説明する。
3 保存則（3） 力が保存力であるかどうかの判定法を説明する。
4 保存則（4） 外力が作用しない質点系の全運動量は保存されることを説明する。
5 保存則（5） 角運動量の変化が力のモーメントに等しいこと， および角運動量保存則について説明する。
6 剛体の静力学（1） 剛体に働く力の合成について説明する。
7 剛体の静力学（2） 剛体の並進運動、回転運動の運動方程式を説明する。
8 剛体の静力学（3） 剛体の重心は，重力の合力の作用点であることを説明する。
9 剛体の静力学（4） 平面力系のつりあいの式について説明する。
10 剛体の静力学（5） つりあいの式から作用点が求められることを説明する。
11 剛体の運動（1） 慣性モーメントについて説明する。
12 剛体の運動（2） 固定軸のまわりの回転運動を説明する。
13 剛体の運動（3） 平面運動の運動方程式について説明する。
14 剛体の運動（4） 演習問題を解く。
15 まとめ 14回の講義で学んだことを復習する。
by A.Nakayama